2019-2020学年高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用课后检测含解析新人教版选修3-2

2019-2020学年高中物理第六章传感器3实验：传感器的应用课后检测含解析新人教版选修3-2

‎3　实验：传感器的应用 记一记 实验：传感器的应用知识体系 传感器的应用实例 ‎2个实例——光控开关和温度报警器 ‎1个集成块——斯密特触发器 辨一辨 ‎1.斯密特触发器中有多个非门电路( √ )‎ ‎2．调节电路中的电阻对“路灯”的点亮时间不会产生影响(×)‎ 想一想 ‎1.了解斯密特触发器的性能 提示：当输入端电压逐渐上升到某一个值(1.6 V)时，输出端会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，当输入端电压下降到另一个值(0.8 V)时，输出端会从低电平跳到高电平(3.4 V)．‎ ‎2．光控开关实验中，二极管连入电路的极性可任意，不用区分其极性中，对吗？‎ 提示：不对．二极管的极性不能反接，否则继电器不能正常工作．‎ 思考感悟：　‎ ‎　‎ ‎　‎ ‎　练一练 ‎1.(多选)如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则(　　)‎ A．A为低电平，LED发光 B．A为高电平，LED发光 C．A为低电平，LED不发光 D．A为高电平，LED不发光 解析：A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C两项正确．‎ 答案：BC ‎2．(多选)如图是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是(　　)‎ A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声 B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声 C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声 D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声 解析：由于温度升高时，RT变小，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器发声报警，故B项正确，A项错误；又由于RT与R1是串联关系，当R1增大时，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器会发声报警，故C项正确，D项错误．‎ - 7 -‎ 答案：BC ‎3．温度报警器电路如图所示，常温下，调整________的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值________，斯密特触发器的输入端A电势________，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同．‎ 解析：常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值(高电平)时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出警报声，R1的阻值不同，报警温度不同．‎ 答案：R1　减小　升高 ‎4．如图所示，当光敏电阻RG受到光照时，阻值________，非门输入端A出现________电平，输出端Y出现________电平，发光二极管LED________发光；当把光遮住时，RG阻值增大，输入端A出现________电平，输出端Y是________电平，二极管________发光，达到路灯白天不亮晚上亮的目的．‎ 解析：光敏电阻RG受到光照时阻值减小，它分得的电压也减小，所以A点的电势降低而出现低电平，则在非门电路的输出端出现高电平，发光二极管LED截止而不发光；光敏电阻RG受不到光照时阻值增大，它分得的电压也增大，所以A点的电势升高而出现高电平，则在非门电路的输出端出现低电平，发光二极管LED导通而发光，从而达到路灯白天不亮晚上亮的目的．‎ 答案：减小或降低　低　高　不能　高　低　能 要点一 光控开关 ‎1.‎ 目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理图如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当K按下接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合．这时释放K后，延时开关S约在1分钟后断开，电灯熄灭．根据上述信息和电原理图，我们可推断：按钮开关K按下前，发光二极管是________(选填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约________分钟，这一过程中发光二极管是________(选填“发光的”或“熄灭的”)．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件．‎ 解析：开关K按下前，二极管、灯泡、电阻R - 7 -‎ ‎、电源组成串联电路，所以二极管是发光的．按钮开关K按下再释放后，由于延时开关的作用，灯L发光时间为1分钟，此时二极管被短路，所以二极管是熄灭的．‎ 答案：发光的　1　熄灭的　≫‎ ‎2．光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动控制开关，如图所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄、日落灯亮的效果．‎ 解析：电路连接如图所示．当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值迅速减小，控制回路电流增大，电磁继电器B工作，吸下衔铁使触点断开，路灯熄灭．当夜晚降临，光线变暗，光敏电阻A的阻值增大，控制回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮．‎ 答案：见解析图 要点二 温度报警器 ‎3.如图所示是自动水位报警的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触．若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在________位置，绿灯泡应安在________位置(选填“A”或“B”)．‎ 解析：水位正常时，线圈中没有电流，衔铁1与触头3接触，这时应绿灯亮，所以绿灯泡应安在A位置，当高出一定水位时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触，这时应红灯亮，所以红灯泡应安在B位置．‎ 答案：B　A ‎4．如图所示，是一个火警报警装置的逻辑电路图．RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻．‎ ‎(1)要做到低温时电铃不响，火警时产生高温，电铃响起，在图中虚线处应接入怎样的元件？‎ ‎(2)为什么温度高时电铃会被接通？‎ ‎(3)为了提高该电路的灵敏度，即报警温度调得稍低些，R的值应大一些还是小一些？‎ 解析：(1)温度较低时RT的阻值很大，R比RT小得多，因此P、X之间电压较大．要求此时电铃不响，表明输出给电铃的电压应该较小，输入与输出相反，可见虚线处元件应是“非”门．(2)高温时RT的阻值减小，P、X - 7 -‎ 之间电压降低，输入低电压时，从“非”门输出的是高电压，电铃响起．(3)由前面分析可知，若R较大，由于它的分压作用，RT两端的电压降低，则外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃就能发声，因此R较大时，反应较灵敏．‎ 答案：见解析 基础达标 ‎1.如图所示，某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是(　　)‎ A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联 B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联 C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联 D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联 解析：A、B接电磁继电器的线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故正确答案为A.‎ 答案：A ‎2．如图所示是热水器的恒温集成电路，R0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小．如果热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开簧片，发热器断路，反之会吸住簧片接通发热器．如果热水器中没有水时，电路中BC部分就处于________(选填“断路”或“短路”)状态，则在电路图的虚线框内的门电路应是______门，当温度较低时，门电路的输入端A是________(选填“高”或“低”)电势. ‎ 解析：热水器中没有水，BC部分相当于断路．热水器中没有水或水温较高时，继电器都能使发热器断路，故可判断虚线框内应是“与”门，当温度较低时，R0阻值较大，故门电路输入端A是高电势．‎ 答案：断路　与　高 ‎3．传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)．例如，热敏传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图，问：‎ ‎(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(选填“a”或“b”)点；‎ - 7 -‎ ‎(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(选填“左”或“右”)；‎ ‎(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 解析：(1)由图甲可知当温度升高时Rt的阻值减小，通过线圈的电流变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．‎ ‎(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小得更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．‎ ‎(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小或线圈匝数太少，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态，还可能是乙图电源电压太低．‎ 答案：(1)a　(2)左　(3)可能是乙图中的电源电压太低或电流太小或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大 ‎4．某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．‎ ‎(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在如图所示的实物图上连线．‎ ‎(2)实验的主要步骤：‎ ‎①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值．‎ ‎②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________，断开开关．‎ ‎③重复第②步操作若干次，测得多组数据．‎ ‎(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得如图所示的Rt关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的Rt关系式：R＝________＋________t(Ω)．(保留三位有效数字)‎ 解析：(1)实物连线如图．‎ - 7 -‎ ‎(2)改变温度后，热敏电阻阻值改变，电压表示数改变．‎ ‎(3)从图线知R与t呈线性关系，且纵轴上截距(当t＝‎0 ℃‎时)R＝100 Ω；图线斜率k＝＝0.390，所以R＝100＋0.390t(Ω)．‎ 答案：(1)实物连线图见解析　(2)记录温度计数值　记录电压表数值　(3)100　0.390‎ 能力达标 ‎5.现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图所示，试设计一个温控电路，要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程．‎ 解析：热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路．电路图如图所示 当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值很大，流过电磁继电器的电流很小，继电器无法吸引衔铁P，K处接通，电炉丝处于加热状态；当温度高于某一值时，热敏电阻的阻值变得很小，通过电磁继电器的电流较大，继电器吸引衔铁P，K处断开，电炉丝停止加热．‎ 答案：见解析 ‎6．如图是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内灯的示意图，试说明其工作原理．‎ 解析：天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通；天较暗时，光敏电阻RG电阻增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使路灯自动开启；天明后，RG - 7 -‎ 阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A不再有电流，则电磁继电器自动切断工作电路的电源，路灯熄灭．‎ 答案：见解析 - 7 -‎